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(河南能源開(kāi)封龍宇化工有限公司 , 河南 開(kāi)封 475200)

鍋爐煙氣脫硝裝置運(yùn)行總結(jié)

孫照新，張保才

(河南能源開(kāi)封龍宇化工有限公司,河南開(kāi)封475200)

隨著國(guó)家環(huán)保部門(mén)對(duì)鍋爐煙氣排放指標(biāo)的要求越來(lái)越嚴(yán)，為保證鍋爐煙氣中NOx排放達(dá)到國(guó)家新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)封龍宇化工有限公司3×45 t/h鍋爐工段于2016年底投資200余萬(wàn)元新上1套鍋爐煙氣脫硝裝置。該裝置投運(yùn)后，經(jīng)過(guò)近半年來(lái)的摸索調(diào)整，基本達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，目前鍋爐煙氣NOx平均排放濃度控制在150 mg/m3以下，滿足了國(guó)家最新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)200 mg/m3以下的要求，為公司的長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件。

鍋爐煙氣 ； SNCR ； 排放濃度 ； 氨水

開(kāi)封龍宇化工有限公司40 kt/a聚甲醛項(xiàng)目鍋爐工段現(xiàn)有45 t/h鍋爐3臺(tái)，2開(kāi)1備，為主裝置提供生產(chǎn)所需的熱能。本裝置是由太原鍋爐集團(tuán)制造的TG-45/1.27-M型高溫分離、低循環(huán)倍率循環(huán)流化床鍋爐，單鍋筒、自然循環(huán)、鋼結(jié)構(gòu)、前吊后支、室外布置、π型結(jié)構(gòu)。鍋爐為雙層布置，樓上為鍋爐主體部分及操作室，樓下一層布置除渣系統(tǒng)，排污系統(tǒng)操作平臺(tái)以及安裝風(fēng)機(jī)、風(fēng)道及煙道等設(shè)備。鍋爐還布置有布袋除塵器、氣力除灰、脫硫裝置等系統(tǒng)。自2011年投運(yùn)以來(lái)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。因原鍋爐煙氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)未考慮煙氣脫硝，隨著國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，公司于2016年底投資200余萬(wàn)元新上1套鍋爐煙氣脫硝裝置，以滿足國(guó)家環(huán)保部門(mén)對(duì)鍋爐煙氣中NOx的要求。

1 煙氣系統(tǒng)工藝流程

燃料煤由稱重式皮帶給煤機(jī)送入爐膛(密相區(qū))與鼓風(fēng)機(jī)送來(lái)的空氣燃燒生成高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔饨?jīng)爐膛內(nèi)水冷壁管吸收熱量后攜帶未燃盡的細(xì)小顆粒經(jīng)爐膛出口至旋風(fēng)分離器分離，分離出的固體顆粒經(jīng)回料裝置送回爐膛密相區(qū)繼續(xù)參與燃燒，高溫?zé)煔膺M(jìn)入尾部煙道流經(jīng)蒸發(fā)管、高溫省煤器、低溫省煤器、空氣預(yù)熱器后進(jìn)入布袋除塵器除塵后變成凈煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)送至脫硫裝置脫硫后送到煙囪排入大氣。鍋爐脫硝裝置氨水噴入位置在爐膛上部的出口煙道部位。

2 脫硝工藝方案的選擇

2.1 NOx生成的機(jī)理

鍋爐燃燒過(guò)程中會(huì)生成大量的NOx，主要來(lái)源于三個(gè)方面：熱力型NOx、瞬時(shí)型NOx和燃料型NOx。

熱力型NOx是在高溫條件下，燃燒空氣中的氧氣與氮?dú)夥磻?yīng)生成的，占總量的25%～30%，溫度<1 350 ℃時(shí)幾乎不生成。

瞬時(shí)型NOx主要是指燃料中的碳?xì)浠衔镌谌剂蠞舛容^高的區(qū)域所產(chǎn)生的烴與燃燒空氣中的N2分子發(fā)生反應(yīng)，形成的CN、HCN，繼續(xù)氧化而生成的NOx。生成量極少。

燃料型NOx是燃料中所含的氮化合物在燃燒過(guò)程中熱分解接著又氧化而生成的氮氧化物，主要是NO。其生成量占燃煤鍋爐排放總量的75%～90%。

三種機(jī)理產(chǎn)生NOx的量與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 三種機(jī)理產(chǎn)生氮氧化物的量與溫度的關(guān)系

2.2 NOx的控制措施

實(shí)踐證明，燃料型NOx主要取決于燃料中氮的含量，燃料的來(lái)源及形成的地質(zhì)條件對(duì)燃料中氮含量有較大影響。熱力型NOx與爐內(nèi)燃燒環(huán)境和燃燒溫度有著密切的關(guān)系。根據(jù)NOx的生成機(jī)理，其控制措施分為：①控制燃燒過(guò)程中NOx的生成，即低氮燃燒技術(shù)。 ②對(duì)生成的NOx進(jìn)行處理，即煙氣脫硝技術(shù)。國(guó)際上把燃燒中NOx的所有控制措施統(tǒng)稱為一次措施；把燃燒后的NOx控制措施統(tǒng)稱為二次措施。

低氮燃燒技術(shù)是一類簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的脫硝技術(shù)，其主要方法是采用改變?nèi)紵龤夥蘸驼{(diào)整燃燒溫度及溫度分布等手段，通過(guò)對(duì)燃燒過(guò)程的監(jiān)控，優(yōu)化燃燒過(guò)程，降低熱力型NOx的生成，不需要加入還原劑，因此一次投資成本和運(yùn)行成本較低。其缺點(diǎn)是：低氮燃燒技術(shù)的脫硝效果受到熟料煅燒所需氣氛制約，脫硝空間十分有限，脫硝效率一般為10%～20% 。

目前，鍋爐煙氣脫硝主流技術(shù)主要有選擇性非催化還原技術(shù)(簡(jiǎn)稱SNCR)和選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)(簡(jiǎn)稱SCR)。三種煙氣脫硝技術(shù)的比較見(jiàn)表1。

SNCR技術(shù)是一種性價(jià)比較高、建設(shè)周期短、投資省、脫硝效率中等的煙氣脫硝技術(shù)，該技術(shù)是用氨水、尿素溶液等還原劑噴入爐內(nèi)與NOx進(jìn)行選擇性反應(yīng)，還原劑噴入鍋爐溫度為850～1 100 ℃的區(qū)域，迅速與煙氣中的NOx進(jìn)行反應(yīng)生成H2O和N2，以鍋爐為反應(yīng)器。SCR技術(shù)的工藝為在省煤器出口的管道上把煙氣(300～400 ℃)引入SCR反應(yīng)器，在反應(yīng)器前的管道上加入還原劑氨，氮氧化物在催化劑作用下被氨還原為無(wú)害的氮?dú)夂退?/p>

表1 三種煙氣脫硝工藝的比較

選擇的脫硝工藝方案為以氨水為還原劑的SNCR技術(shù)。

2.3 以氨水為還原劑的選擇性非催化還原技術(shù)

以氨水為還原劑的選擇性非催化還原技術(shù)(簡(jiǎn)稱SNCR)是用氨水溶液為還原劑噴入爐內(nèi)與NOx進(jìn)行選擇性反應(yīng)，氨水噴入鍋爐溫度為850～1 100 ℃，迅速與煙氣中的NOx進(jìn)行反應(yīng)生成H2O和N2，以鍋爐為反應(yīng)器。在溫度窗口內(nèi)，氨水(質(zhì)量濃度20%～25%)還原NOx的主要反應(yīng)為：

不同還原劑有不同的反應(yīng)溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。氨水的最佳反應(yīng)溫度窗口為850～1 100 ℃。當(dāng)反應(yīng)區(qū)溫度過(guò)低時(shí)，反應(yīng)效率會(huì)降低；當(dāng)反應(yīng)區(qū)溫度過(guò)高時(shí)，氨會(huì)直接被氧化成NO2和NO。氨的逃逸會(huì)造成新的環(huán)境污染。

SNCR技術(shù)其性能受多種因素影響，主要有溫度窗口、停留時(shí)間、氨氮比、還原劑與煙氣混合的程度、煙氣氛圍以及還原劑種類等。這些影響因素的關(guān)鍵是還原劑在合適的溫度窗口噴射以及噴入的還原劑與煙氣能夠進(jìn)行充分混合和反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)較高的脫硝效率，提高還原劑利用率，降低還原劑耗量和尾部氨逃逸。

SNCR 系統(tǒng)煙氣脫硝過(guò)程是由下面四個(gè)基本過(guò)程完成：①制備和儲(chǔ)存還原劑；②還原劑的計(jì)量輸出，與水混合稀釋；③在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑；④還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

以氨水為還原劑的SNCR系統(tǒng)一般流程圖如圖2所示。SNCR系統(tǒng)主要由氨水溶液制備系統(tǒng)、氨水輸送、稀釋及計(jì)量控制系統(tǒng)、還原劑噴射系統(tǒng)等組成。

圖2 以氨水為還原劑的SNCR系統(tǒng)一般流程圖

外購(gòu)濃度為20%的氨水運(yùn)輸至廠區(qū)后，通過(guò)泵將槽罐車內(nèi)的氨水輸送至氨水儲(chǔ)罐。出氨水儲(chǔ)罐的氨水經(jīng)氨水泵加壓、計(jì)量和控制后進(jìn)入計(jì)量分配模塊和噴射模塊。稀氨水溶液進(jìn)入控制閥組，分配到安裝在鍋爐上的噴槍組。噴霧系統(tǒng)采用空氣介質(zhì)霧化內(nèi)混式噴槍，將氨水霧化成平均粒徑為幾十微米的細(xì)小液滴，增大煙氣NOx與氨水液滴之間的汽液傳質(zhì)面積，加快反應(yīng)速度，提高反應(yīng)效率。

3 裝置運(yùn)行存在問(wèn)題及注意事項(xiàng)

3.1 嚴(yán)格控制氨氮比

控制氨氮比是根據(jù)鍋爐煙氣中NOx的含量，調(diào)整氨水加入量和控制煙氣中氨逃逸量。從SNCR系統(tǒng)逃逸的氨主要來(lái)自兩種情況，一是由于噴入點(diǎn)煙氣溫度低影響了氨與NOx的反應(yīng)；另一種是噴入的還原劑過(guò)量或還原劑分布不均勻。逃逸的NH3不僅會(huì)使煙氣中的粉塵容易沉積在余熱鍋爐尾部的受熱面上，而且煙氣中NH3遇到SO3會(huì)產(chǎn)生(NH4)2SO4易造成余熱鍋爐堵塞，并有腐蝕的危險(xiǎn)。因此，為保證達(dá)到最佳的運(yùn)行效果，在保證還原劑與煙氣混合均勻的情況下，氨的逃逸量應(yīng)在10 mg/Nm3以下。目前，我公司氨的逃逸量一般在5 mg/Nm3以下。

3.2 保證還原劑均勻噴入

還原劑的均勻噴入在脫硝裝置運(yùn)行過(guò)程中至關(guān)重要，它不僅影響到裝置的脫硝效率，而且對(duì)還原劑的使用量、鍋爐受熱面的保護(hù)都有很大的影響。還原劑噴入系統(tǒng)必須能將還原劑噴入到鍋爐內(nèi)最有效的部位，因?yàn)镹Ox的分布在鍋爐對(duì)流斷面上是經(jīng)常變化的，如果噴入控制點(diǎn)太少或噴到鍋爐內(nèi)某個(gè)斷面上的氨不均勻，則會(huì)出現(xiàn)分布較高的氨逃逸量。為保證脫硝反應(yīng)能充分地進(jìn)行，以最少的噴入NH3量達(dá)到最好的還原效果，必須設(shè)法使噴入的NH3與煙氣良好地混合。為使還原劑加入量均勻，噴槍是SNCR脫硝的關(guān)鍵設(shè)備，我公司采用雙流體噴槍，依靠壓縮空氣的推動(dòng)力使氨水溶液霧化。該噴槍在高溫高粉塵的環(huán)境下有良好的霧化效果，并能持續(xù)保持。

同時(shí)，采取正確合理的噴射策略，即噴槍數(shù)量和布置方式的合理組合。我公司的噴射策略為每臺(tái)鍋爐在出口煙道和旋風(fēng)分離器入口各安裝兩支噴槍，每臺(tái)鍋爐布置4支。噴槍的噴射面與煙氣流動(dòng)方向垂直，確保噴射出的氨水溶液與煙氣充分混合。且每支噴槍可單獨(dú)投運(yùn)，可組合搭配出數(shù)種噴射策略，可根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況適時(shí)調(diào)整，找到最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行模式。

3.3 噴槍的保護(hù)

由于噴槍的前半部及噴頭均位于高溫部位，極易因高溫?fù)p壞，從而影響噴射效果，因此，噴槍的保護(hù)對(duì)裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。在設(shè)計(jì)上，噴槍伸入煙道的部位在金屬結(jié)構(gòu)外部加裝耐高溫陶瓷套管加以保護(hù)。噴頭在正常運(yùn)行時(shí)因氨水溶液和空氣的冷卻作用，溫度不至于很高，但當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷較低或鍋爐開(kāi)停車停運(yùn)時(shí)，因部分噴槍投入運(yùn)行較晚，噴頭就極易達(dá)到高溫，此時(shí)必須注意噴頭的保護(hù)。目前采取的措施是當(dāng)系統(tǒng)處于上述狀態(tài)時(shí)，空氣不停，作為噴槍的冷卻介質(zhì)，或者將不投運(yùn)的噴槍暫時(shí)拔出，需要投運(yùn)時(shí)再裝入。

4 運(yùn)行效果

我公司鍋爐煙氣脫硝裝置于2016年12月下旬試運(yùn)行，2017年1月正式投入運(yùn)行，本裝置投入運(yùn)行半年來(lái)，鍋爐煙氣排放NOx明顯下降，達(dá)到了國(guó)家環(huán)保部門(mén)新的排放要求。脫硝裝置投運(yùn)前后鍋爐煙氣排放NOx的濃度對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 脫硝裝置投運(yùn)前后鍋爐煙氣排放NOx濃度對(duì)比

注：2016年7、8月份及2017年3月份生產(chǎn)系統(tǒng)停車檢修及開(kāi)車，鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致NOx排放濃度偏低，氨水消耗量偏高。

5 結(jié)論

該裝置投運(yùn)后，經(jīng)過(guò)近半年來(lái)的摸索調(diào)整，基本達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，目前鍋爐煙氣NOx平均排放濃度控制在150 mg/m3以下，滿足了國(guó)家最新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)200 mg/m3以下的要求，為公司的長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件。

TQ028.2

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1003-3467(2017)08-0053-04

2017-05-07

孫照新(1976-)，男，注安工程師，從事化工工藝和化工安全方面的工作，電話：13837815467。